JP4613720B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、ロジック回路領域と保護素子領域が半導体基板の表層部に配置されてなる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a logic circuit region and a protection element region are arranged on a surface layer portion of a semiconductor substrate.
半導体基板の表層部に、ロジック回路を構成するロジック回路領域と、保護素子を構成する保護素子領域とが配置されてなる半導体装置が、例えば、特開平10−150149号公報(特許文献1)、特開平11−135645号公報(特許文献2)、特開平9−64288号公報(特許文献3)に開示されている。 A semiconductor device in which a logic circuit area constituting a logic circuit and a protection element area constituting a protection element are arranged on a surface layer portion of a semiconductor substrate is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-150149 (Patent Document 1), It is disclosed in JP-A-11-135645 (Patent Document 2) and JP-A-9-64288 (Patent Document 3).
上記半導体装置において、ロジック回路と共に配置される保護素子は、当該半導体装置の入力パッド等に接続されて、静電気放電(Electro Static Discharge、ESD)やサージ等の外来ノイズによるロジック回路の破壊を防止するために用いられる。 In the semiconductor device, the protection element disposed together with the logic circuit is connected to an input pad or the like of the semiconductor device to prevent the logic circuit from being destroyed by external noise such as electrostatic discharge (ESD) or surge. Used for.
近年、入力パッド周辺部の微細化への要求に伴い、入力パッドに接続され、保護素子を構成する保護素子領域と、ロジック回路を構成するロジック回路領域の間の距離が、短縮される傾向にある。このため、保護素子領域から漏れ出たサージ電流によって、ロジック回路にラッチアップが発生し易い状況になってきている。 In recent years, with the demand for miniaturization of the periphery of the input pad, the distance between the protection element region connected to the input pad and constituting the protection element and the logic circuit region constituting the logic circuit tends to be shortened. is there. For this reason, latch-up is likely to occur in the logic circuit due to the surge current leaked from the protection element region.
このロジック回路におけるラッチアップの発生を防止するため、特許文献1の半導体装置においては、P型基板上に形成された第1のN型領域からなる負保護ダイオードと内部回路の間に第2のN型領域を形成して、正の電位を印加している。これによって、負のサージが印加されたときに負保護ダイオードの第1のN型領域より供給される自由電子が第2のN型領域に吸収され、この自由電子は内部回路の半導体素子に到達せず、ラッチアップのトリガとなることが防止される。
In order to prevent the occurrence of latch-up in this logic circuit, in the semiconductor device disclosed in
特許文献2の半導体装置においては、第1導電型基板を用い、外部とのインターフェイス回路が配置されるチップ周辺部分と内部回路が配置されるチップ中央部分との間に、内部回路を取り囲むように、如何なる電位にも電気的に接続されていない第2導電型ウェルを形成している。このように、電気的にフローティング状態にある第2導電型ウェルを形成することで、基板抵抗を高くして、ラッチアップ耐性を高めている。 In the semiconductor device of Patent Document 2, a first conductivity type substrate is used so that an internal circuit is surrounded between a chip peripheral portion where an external interface circuit is disposed and a chip central portion where an internal circuit is disposed. A second conductivity type well that is not electrically connected to any potential is formed. Thus, by forming the second conductivity type well in an electrically floating state, the substrate resistance is increased and the latch-up resistance is increased.
特許文献3の半導体装置においては、入出力保護回路の周囲に、Nウエル領域によって構成されるガードリングが設けられ、さらに、入出力保護回路が形成されたPウエル領域内に、給電用端子が接続されるP+ 半導体領域が、ガードリングに隣接してガードリングと平行に設けられている。これによって、入出力保護回路内で発生した正孔および電子が、P+半導体領域およびガードリングでそれぞれ捕獲され、正孔および電子の内部回路内への拡散を防止することができ、内部回路でのラッチアップの発生を抑制している。
上記した特許文献1〜3の半導体装置は、いずれも、ラッチアップ耐圧を改善できるものの、入力パッド周辺部の占有面積が増大するという欠点がある。例えば、特許文献1の半導体装置においては、P型基板上に形成された第1のN型領域からなる負保護ダイオードの面積を大きくしないと、サージ電流を捕捉しきれない欠点がある。特許文献2の半導体装置においては、第2導電型ウェルの面積を大きくしないと、ESD耐量が低下する。また、特許文献3の半導体装置においては、サージによる少数キャリアだけでなく、基板を拡散する多数キャリアをも捕獲しようとするものであるが、P+半導体領域を設けることによって、ラッチアップの主要因である少数キャリア捕獲のための面積が削られることになる。
Each of the semiconductor devices disclosed in
そこで本発明は、半導体基板の表層部において、ロジック回路領域と保護素子領域とが配置されてなる半導体装置であって、サージ等によるロジック回路でのラッチアップ発生を十分に抑制することができると共に、入力パッド周辺部での占有面積増大を抑制することのできる半導体装置を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention provides a semiconductor device in which a logic circuit region and a protection element region are arranged on a surface layer portion of a semiconductor substrate, and can sufficiently suppress the occurrence of latch-up in a logic circuit due to a surge or the like. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing an increase in the occupied area around the input pad.
請求項1に記載の発明は、第1導電型の半導体基板の表層部において、内部にロジック回路を構成する第2導電型のロジック回路領域と、第1導電型と第2導電型の各領域からなり、保護素子を構成する保護素子領域とが、配置され、前記ロジック回路領域と保護素子領域の間に、前記保護素子を構成する第1導電型の領域とは別に形成されてなる、第1導電型で前記半導体基板より不純物濃度が高く、接地電位に設定される基板コンタクト領域と、第2導電型の不純物を含有し、前記保護素子領域から前記半導体基板に漏れ出たキャリアが流れ込む電位に設定されるキャリア抜き領域とが、前記基板コンタクト領域を前記保護素子領域側に、前記キャリア抜き領域を前記ロジック回路領域側に位置して、配置されてなることを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, in the surface layer portion of the first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type logic circuit region that constitutes a logic circuit therein, and each region of the first conductivity type and the second conductivity type A protection element region constituting the protection element is disposed, and is formed between the logic circuit region and the protection element region separately from the first conductivity type region constituting the protection element, A substrate contact region that is one conductivity type and has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and is set to a ground potential; and a potential that contains impurities of the second conductivity type and carriers leaked from the protection element region into the semiconductor substrate flow into the semiconductor substrate. a carrier vent region set to have, the substrate contact region in the protection device region side, and positioning the carrier vent region in the logic circuit region side, not characterized by comprising disposed .
上記半導体装置において、保護素子を構成する第1導電型の領域とは別に形成されてなる、第1導電型で高不純物濃度の基板コンタクト領域は、一般に、第1導電型の半導体基板の電位を設定するためのコンタクトに用いられている領域である。この基板コンタクト領域を、ロジック回路領域と保護素子領域の間に配置して、接地(グランド、GND)電位とすることにより、保護素子領域から半導体基板に漏れ出たサージによる少数キャリアをグランドに逃がすことができる。 And have you in the semiconductor device, formed by formed separately from the first conductivity type region constituting the protective element, the substrate contact region of a high impurity concentration in the first conductivity type, generally, the first conductivity type semiconductor substrate This is a region used for a contact for setting a potential. By arranging this substrate contact region between the logic circuit region and the protection element region and setting it to the ground (ground, GND) potential, minority carriers due to surge leaking from the protection element region to the semiconductor substrate are released to the ground. be able to.
また、上記半導体装置における第2導電型のキャリア抜き領域は、保護素子領域から半導体基板に漏れ出たサージによる少数キャリアを、半導体基板から強制的に抜くために用いられる。例えば、サージによる少数キャリアが電子である場合、N導電型のキャリア抜き領域に正の電位を印加して、P導電型の半導体基板で吸収しきれない電子を捕獲し、強制的に半導体基板から抜くことができる。
そして、上記半導体装置は、保護素子領域から漏れ出たサージによる少数キャリアを第2導電型のキャリア抜き領域ですぐに抜くのではなく、できるだけ第1導電型の半導体基板を走らせて消滅させておいてキャリア抜き領域による捕獲効率がよくなるように、前記基板コンタクト領域が保護素子領域側に、前記キャリア抜き領域がロジック回路領域側に配置された構成を有している。
The second conductivity type carrier extraction region in the semiconductor device is used to forcibly extract minority carriers from the semiconductor substrate due to a surge leaked from the protection element region to the semiconductor substrate. For example, when the minority carrier due to surge is an electron, a positive potential is applied to the N-conducting carrier extraction region to capture electrons that cannot be absorbed by the P-conducting semiconductor substrate, forcibly from the semiconductor substrate. Can be removed.
The semiconductor device does not immediately remove minority carriers due to surge leaking from the protection element region in the second conductivity type carrier extraction region, but runs the first conductivity type semiconductor substrate as much as possible to eliminate it. The substrate contact region is arranged on the protection element region side and the carrier extraction region is arranged on the logic circuit region side so that the trapping efficiency by the carrier extraction region is improved.
以上のようにして、上記半導体装置においては、基板コンタクト領域とキャリア抜き領域を好適に組み合わせることで、ラッチアップの主要因であるサージによる少数キャリアを効率よく半導体基板から逃がすことができる。従って、上記半導体装置は、半導体基板の表層部において、ロジック回路領域と保護素子領域とが配置されてなる半導体装置であって、サージ等によるロジック回路でのラッチアップ発生を十分に抑制することができると共に、入力パッド周辺部での占有面積増大を抑制することのできる半導体装置となっている。 As described above, the semiconductor device, by combining a substrate contact region and the carrier vent region in the prime applicable, can escape minority carriers due to the surge is a major cause of latch-up efficiently from the semiconductor substrate. Therefore, the semiconductor device is a semiconductor device in which the logic circuit region and the protection element region are arranged on the surface layer portion of the semiconductor substrate, and sufficiently suppresses the occurrence of latch-up in the logic circuit due to a surge or the like. In addition, the semiconductor device is capable of suppressing an increase in the area occupied at the periphery of the input pad.
請求項2に記載のように、上記半導体装置においては、前記キャリア抜き領域の中心が、前記ロジック回路領域と保護素子領域の端部間距離の中央よりロジック回路領域側に位置するように、キャリア抜き領域が配置されることが好ましい。また、請求項3に記載のように、前記キャリア抜き領域が、前記ロジック回路領域に隣接して配置されることがより好ましい。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device, the carrier extraction region is positioned such that the center of the carrier extraction region is located closer to the logic circuit region than the center of the distance between the end portions of the logic circuit region and the protection element region. It is preferable that a blanking region is arranged. In addition, as described in claim 3, it is more preferable that the carrier extraction region is disposed adjacent to the logic circuit region.
キャリア抜き領域の配置に関するシミュレーションを行った結果によれば、ロジック回路領域と保護素子領域の間にキャリア抜き領域を配置する上記半導体装置においては、ロジック回路領域とキャリア抜き領域の間の耐圧を保証できる範囲で、キャリア抜き領域ができるだけロジック回路領域に隣接して配置されるほど、高いラッチアップ耐圧を確保することができる。これは、前述したように、保護素子領域から漏れ出たサージによる少数キャリアを、第2導電型のキャリア抜き領域ですぐに抜くのではなく、できるだけ第1導電型の半導体基板を走らせて消滅させておいたほうが、キャリア抜き領域による捕獲効率がよくなるためと考えられる。 According to the result of the simulation regarding the arrangement of the carrier extraction region, the breakdown voltage between the logic circuit region and the carrier extraction region is guaranteed in the semiconductor device in which the carrier extraction region is arranged between the logic circuit region and the protection element region. As far as possible, as the carrier extraction region is arranged as close as possible to the logic circuit region, a higher latch-up breakdown voltage can be secured. As described above , the minority carriers due to the surge leaking from the protection element region are not immediately extracted in the second conductivity type carrier extraction region, but are caused to disappear by running the first conductivity type semiconductor substrate as much as possible. This is probably because the trapping efficiency by the carrier removal region is improved.
請求項4に記載のように、上記半導体装置においては、前記キャリア抜き領域の先端の深さが、前記ロジック回路領域の先端の深さより深く設定されてなることが好ましい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device, the depth of the tip of the carrier extraction region is preferably set deeper than the depth of the tip of the logic circuit region.
当該半導体装置においては、半導体基板とキャリア抜き領域の接合(界面)面積が、深さ方向で大きくなる。このため、占有面積を増大することなく、半導体基板で吸収しきれないサージによる少数キャリアの捕獲効率を上げることができる。従って、サージ等によるロジック回路でのラッチアップ発生を十分に抑制すると共に、入力パッド周辺部での占有面積増大を抑制した半導体装置とすることができる。 In the semiconductor device, the junction (interface) area between the semiconductor substrate and the carrier extraction region increases in the depth direction. For this reason, the capture efficiency of minority carriers due to a surge that cannot be absorbed by the semiconductor substrate can be increased without increasing the occupied area. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device that sufficiently suppresses the occurrence of latch-up in a logic circuit due to a surge or the like and suppresses an increase in the area occupied in the periphery of the input pad.
上記のようにロジック回路領域の先端より深く設定されるキャリア抜き領域は、例えば請求項5に記載のように、前記半導体基板の表層部にロジック回路領域の先端より深いトレンチを形成し、不純物を拡散して前記トレンチの周りに形成することができる。また、請求項6に記載のように、高加速イオン注入により、不純物をロジック回路領域の先端より深くイオン注入して形成してもよい。 The carrier extraction region set deeper than the front end of the logic circuit region as described above forms a trench deeper than the front end of the logic circuit region in the surface layer portion of the semiconductor substrate, for example, as in claim 5, It can be diffused and formed around the trench. Further, as described in claim 6, impurities may be formed by ion implantation deeper than the tip of the logic circuit region by high acceleration ion implantation.
一方、キャリア抜き領域を上記のように深くできない場合には、請求項7に記載のように、前記半導体基板の表層部に、周囲より表面が粗い凹凸部を形成し、キャリア抜き領域を、不純物拡散により前記凹凸部の周りに形成するようにしてもよい。 On the other hand, when the carrier extraction region cannot be deepened as described above, an uneven portion having a rougher surface than the periphery is formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate as described in claim 7, You may make it form around the said uneven | corrugated | grooved part by spreading | diffusion.
この場合には、凹凸部を形成しない場合に較べて、占有面積が同じであっても、半導体基板とキャリア抜き領域の接合面積を大きくすることができる。従って、凹凸部を形成しない場合に較べて、半導体基板で吸収しきれないサージによる少数キャリアの捕獲効率を上げることができ、半導体装置のラッチアップ耐量を大きくすることができる。 In this case, the bonding area between the semiconductor substrate and the carrier extraction region can be increased even if the occupation area is the same as compared with the case where the uneven portion is not formed. Therefore, as compared with the case where the concavo-convex portion is not formed, the trapping efficiency of minority carriers due to the surge that cannot be absorbed by the semiconductor substrate can be increased, and the latch-up resistance of the semiconductor device can be increased.
また、請求項8に記載のように、上記半導体装置においては、前記キャリア抜き領域を、複数個に分割して配置し、前記複数個に分割されたキャリア抜き領域を、それぞれ、異なる電位に設定するようにしてもよい。 In the semiconductor device, the carrier extraction region is divided into a plurality of portions, and the plurality of carrier extraction regions are set to different potentials. You may make it do.
これによって、ロジック回路領域の配置に合わせてキャリア抜き領域の配置と電位の設定を最適化し、キャリア抜き領域に流し込む少数キャリアの数を最大化させることができる。 Thereby, the arrangement of the carrier extraction region and the setting of the potential can be optimized in accordance with the arrangement of the logic circuit region, and the number of minority carriers flowing into the carrier extraction region can be maximized.
例えば、請求項9に記載のように、前記複数個に分割したキャリア抜き領域を、前記ロジック回路領域と保護素子領域の間に、順次、並んで配置し、前記保護素子領域に近いキャリア抜き領域ほど、電位の絶対値を大きく設定するようにしてもよい。 For example, as described in claim 9, the carrier extraction region divided into a plurality of carriers is sequentially arranged between the logic circuit region and the protection element region, and the carrier extraction region close to the protection element region. The absolute value of the potential may be set larger.
この場合には、保護素子領域からロジック回路領域に向かって流れようとする低エネルギーの少数キャリアが、保護素子領域に近い側のキャリア抜き領域に引き戻されるため、ロジック回路領域に向かうサージによる少数キャリアの数が減少する。従って、これにより、ラッチアップ耐量も大きくすることができる。 In this case, since the low energy minority carriers that try to flow from the protection element region toward the logic circuit region are pulled back to the carrier extraction region closer to the protection element region, minority carriers due to a surge toward the logic circuit region. The number of decreases. Therefore, this can also increase the latch-up resistance.
上記半導体装置においては、前記第1導電型がN導電型で第2導電型がP導電型であってもよいが、請求項10に記載のように、前記第1導電型がP導電型で第2導電型がN導電型である場合には、半導体基板を接地して、正電位でロジック回路を駆動することができる。
In the semiconductor device, the first conductivity type may be an N conductivity type and the second conductivity type may be a P conductivity type, but the first conductivity type may be a P conductivity type as claimed in
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一例で、半導体装置10の模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
図1に示す半導体装置10では、P導電型の半導体基板1pの表層部(P導電型のウエルであってもよい)において、内部にロジック回路を構成するN導電型のロジック回路領域2nと、P導電型(P+)とN導電型の各領域からなり、保護素子を構成する保護素子領域3p,3nとが、配置されている。また、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの間(端部間距離L)には、P導電型で半導体基板1pより不純物濃度が高く、接地電位に設定される基板コンタクト領域4pと、N導電型の不純物を含有し、保護素子領域3p,3nから半導体基板1pに漏れ出たキャリアが流れ込む電位に設定されるキャリア抜き領域5nとが、配置されている。半導体装置10において、ロジック回路(領域2n)と共に配置される保護素子(領域3p,3n)は、半導体装置10の入力パッド等に接続されて、静電気放電(Electro Static Discharge、ESD)やサージ等の外来ノイズによるロジック回路の破壊を防止するために用いられる。図1の半導体装置10における保護素子(領域3p,3n)は、負のサージ入力に対して設けられたものである。
In the
図1の半導体装置10におけるP導電型で高不純物濃度(P+)の基板コンタクト領域4pは、一般に、P導電型の半導体基板1pの電位を設定するためのコンタクトに用いられている領域である。この基板コンタクト領域4pを、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの間に配置して、接地(グランド、GND)電位とすることにより、保護素子領域3p,3nから半導体基板1pに漏れ出たサージによる少数キャリアをグランドに逃がすことができる。
A
また、図1の半導体装置10におけるN導電型のキャリア抜き領域5nは、保護素子領域3p,3nから半導体基板1pに漏れ出たサージによる少数キャリアを、半導体基板1pから強制的に抜くために用いられる。例えば、図1の半導体装置10においては、保護素子領域3p,3nからP導電型の半導体基板1pに漏れ出る負のサージによる少数キャリアは、電子である。半導体装置10においては、N導電型のキャリア抜き領域5nに正の電位(Vcc)が印加されており、P導電型の半導体基板1pで吸収しきれない電子を捕獲して、強制的に半導体基板1pから抜くことができる。
1 is used to forcibly remove minority carriers from the
以上のようにして、図1の半導体装置10においては、基板コンタクト領域4pとキャリア抜き領域5nを以下に示すように好適に組み合わせることで、ラッチアップの主要因であるサージによる少数キャリアを効率よく半導体基板1pから逃がすことができる。従って、半導体装置10は、半導体基板1pの表層部において、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nとが配置されてなる半導体装置であって、サージ等によるロジック回路でのラッチアップ発生を十分に抑制することができると共に、入力パッド周辺部での占有面積増大を抑制することのできる半導体装置となっている。
As described above, in the
図2は、キャリア抜き領域5nの配置に関するシミュレーション結果を示す図である。図2(a)は、シミュレーションに用いた半導体装置11の模式的な断面図であり、図2(b)は、キャリア抜き領域5nの位置とラッチアップ耐圧の関係を示すシミュレーション結果である。尚、図2(a)の半導体装置11において、図1の半導体装置10と同様の部分については、同じ符号を付した。
FIG. 2 is a diagram showing a simulation result related to the arrangement of the
シミュレーションに用いた図2(a)の半導体装置11では、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの間に基板コンタクト領域4pが配置されている。また、キャリア抜き領域5nは、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの端部間距離Lのほぼ中央に位置する基板コンタクト領域4pの接続点に対して、ロジック回路領域2n側に位置するように配置されている。
In the
図2(b)に示すように、シミュレーション結果によれば、キャリア抜き領域5nがロジック回路領域2nにできるだけ近く配置されるほど、高いラッチアップ耐圧を確保することができる。キャリア抜き領域5nをロジック回路領域2nに隣接して配置した場合には、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの端部間距離Lの中央に配置した場合に較べて、ラッチアップ耐圧が1桁程度改善される。これは、保護素子領域3p,3nから漏れ出たサージによる少数キャリア(図2では電子)を、N導電型のキャリア抜き領域5nですぐに抜くのではなく、できるだけP導電型の半導体基板1pを走らせて消滅させておいたほうが、キャリア抜き領域5nによる捕獲効率がよくなるためと考えられる。
As shown in FIG. 2B, according to the simulation result, the higher the latch-up breakdown voltage can be secured as the
以上のキャリア抜き領域5nの配置に関するシミュレーション結果より、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの間にキャリア抜き領域5nを配置する図1および図2(a)の半導体装置10,11においては、キャリア抜き領域5nの中心が、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの端部間距離Lの中央よりロジック回路領域2n側に位置するように、キャリア抜き領域5nが配置されることが好ましい。また、ロジック回路領域2nとキャリア抜き領域5nの間の耐圧を保証できる範囲で、キャリア抜き領域5nは、できるだけロジック回路領域2nに隣接して配置されることがより好ましい。
From the simulation results regarding the arrangement of the
また、図1の半導体装置10に示したように、キャリア抜き領域5nの先端の深さd5は、ロジック回路領域2nの先端の深さd2より深く設定されることが好ましい。
Further, as shown in the
この場合には、半導体基板1pとキャリア抜き領域5nの接合(界面)面積が、深さ方向で大きくなる。このため、キャリア抜き領域5nの占有面積を増大することなく、半導体基板1pで吸収しきれないサージによる少数キャリアの捕獲効率を上げることができる。従って、サージ等によるロジック回路でのラッチアップ発生を十分に抑制すると共に、入力パッド周辺部での占有面積増大を抑制した半導体装置とすることができる。
In this case, the junction (interface) area between the
ロジック回路領域2nの先端より深く設定されるキャリア抜き領域5nは、図1の半導体装置10のように、大きな熱拡散を伴うウエルとして形成してもよいが、次に示す半導体装置ように、別方法によって形成してもよい。
The
図3(a),(b)は、それぞれ、5nの先端の深さd5がロジック回路領域2nの先端の深さd2より深く設定された、別の半導体装置12,13の模式的な断面図である。尚、図3(a),(b)の半導体装置12,13において、図1の半導体装置10と同様の部分については、同じ符号を付した。
3A and 3B are schematic cross-sectional views of
図3(a)の半導体装置12では、半導体基板1pの表層部にロジック回路領域2nの先端より深いトレンチ5hを形成し、トレンチ5hの表面から不純物を拡散させて、ロジック回路領域2nの先端より深いキャリア抜き領域5nをトレンチ5hの周りに形成している。図3(b)の半導体装置13では、高加速イオン注入により、不純物をロジック回路領域2nの先端より深くイオン注入して、ロジック回路領域2nの先端より深いキャリア抜き領域5nを形成している。
In the
図3(a),(b)に示す半導体装置12,13においては、いずれも、小さな占有面積のキャリア抜き領域5nで、半導体基板1pとキャリア抜き領域5n間に大きな接合(界面)面積を確保できるため、サージ等によるロジック回路でのラッチアップ発生を十分に抑制することができると共に、入力パッド周辺部での占有面積増大を抑制した半導体装置となっている。
In each of the
一方、キャリア抜き領域5nを上記のように深くできない場合には、次に示す半導体装置ように、キャリア抜き領域を別構造としてもよい。
On the other hand, when the
図4は、別構造のキャリア抜き領域5nを持つ、半導体装置14の模式的な断面図である。図4の半導体装置14においても、図1の半導体装置10と同様の部分については、同じ符号を付した。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
図4の半導体装置14においては、半導体基板1pの表層部に、周囲より表面が粗い凹凸部5sを形成し、凹凸部5sの表面から不純物を拡散させて、キャリア抜き領域5nを凹凸部5sの周りに形成している。
In the
図4に示す半導体装置14のキャリア抜き領域5nは、凹凸部5sを形成しない場合に較べて、占有面積が同じであっても、半導体基板1pとキャリア抜き領域5nの接合(界面)面積が大きくなっている。従って、凹凸部5sを形成しない場合に較べて、半導体基板1pで吸収しきれないサージによる少数キャリアの捕獲効率を上げることができ、半導体装置のラッチアップ耐量を大きくすることができる。
The
図5は、別の半導体装置15の模式的な断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of another
図5の半導体装置15においては、2個に分割したキャリア抜き領域5nを、ロジック回路領域2nと保護素子領域3p,3nの間に、順次、並んで配置し、保護素子領域3p,3nに近いキャリア抜き領域ほど、電位の絶対値を大きく設定している(図5の半導体装置15では、正電位でVcc1>Vcc2)。
In the
図5の半導体装置15においては、保護素子領域3p,3nからロジック回路領域2nに向かって流れようとする低エネルギーの少数キャリア(図5の半導体装置15では、電子)が、保護素子領域3p,3nに近い側のキャリア抜き領域5nに引き戻されるため、ロジック回路領域2nに向かうサージによる少数キャリアの数が減少する。従って、これにより、ラッチアップ耐量も大きくすることができる。
In the
尚、図5の半導体装置15に限らず、キャリア抜き領域5nを任意の複数個に分割して適宜配置し、複数個に分割されたキャリア抜き領域5nを、それぞれ、異なる電位に設定するようにしてもよい。これによって、ロジック回路領域2nの配置に合わせてキャリア抜き領域5nの配置と電位の設定を最適化し、キャリア抜き領域5nに流し込む少数キャリアの数を最大化させることができる。
In addition to the
以上に説明した図1〜5に示す半導体装置10〜15は、負のサージ入力に対応したものであり、P導電型の半導体基板1pの表層部において、N導電型のキャリア抜き領域5nを形成したものであった。この場合には、P導電型の半導体基板1pを接地して、正電位でロジック回路を駆動することができる。しかしながら、本発明の半導体装置はこれに限らず、図1〜5に示す半導体装置10〜15において、全ての領域の導電型を逆転した半導体装置であってもよい。この場合には、N導電型の半導体基板の表層部において、P導電型のキャリア抜き領域を形成したものとなり、正のサージ入力に対応させることがで きる。
The
以上のようにして、本発明の半導体装置は、半導体基板の表層部において、ロジック回路領域と保護素子領域とが配置されてなる半導体装置であって、サージ等によるロジック回路でのラッチアップ発生を十分に抑制することができると共に、入力パッド周辺部での占有面積増大を抑制することのできる半導体装置となっている。 As described above, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which the logic circuit region and the protection element region are arranged in the surface layer portion of the semiconductor substrate, and latch-up occurs in the logic circuit due to a surge or the like. The semiconductor device can be sufficiently suppressed and can suppress an increase in the occupied area in the periphery of the input pad.
10〜15 半導体装置
1p 半導体基板
2n ロジック回路領域
3p,3n 保護素子領域
4p 基板コンタクト領域
5n キャリア抜き領域
10 to 15
Claims (10)
前記ロジック回路領域と保護素子領域の間に、前記保護素子を構成する第1導電型の領域とは別に形成されてなる、第1導電型で前記半導体基板より不純物濃度が高く、接地電位に設定される基板コンタクト領域と、
第2導電型の不純物を含有し、前記保護素子領域から前記半導体基板に漏れ出たキャリアが流れ込む電位に設定されるキャリア抜き領域とが、
前記基板コンタクト領域を前記保護素子領域側に、前記キャリア抜き領域を前記ロジック回路領域側に位置して、配置されてなることを特徴とする半導体装置。 In the surface layer portion of the semiconductor substrate of the first conductivity type, a protection circuit comprising a second conductivity type logic circuit region that constitutes a logic circuit and each region of the first conductivity type and the second conductivity type, and constituting a protection element An element region, and
The first conductivity type is formed between the logic circuit region and the protection element region separately from the first conductivity type region constituting the protection element, and has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and is set to a ground potential. A substrate contact area to be
A carrier extraction region containing impurities of a second conductivity type and set to a potential at which carriers leaked from the protection element region to the semiconductor substrate flow;
A semiconductor device, wherein the substrate contact region is disposed on the protection element region side, and the carrier extraction region is disposed on the logic circuit region side .
前記キャリア抜き領域が、不純物拡散により前記トレンチの周りに形成されてなることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 A trench is formed in a surface layer portion of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the carrier extraction region is formed around the trench by impurity diffusion.
前記キャリア抜き領域が、不純物拡散により前記凹凸部の周りに形成されてなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。 In the surface layer portion of the semiconductor substrate, an uneven portion having a rougher surface than the surroundings is formed,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the carrier extraction region is formed around the uneven portion by impurity diffusion. 5.
前記複数個に分割されたキャリア抜き領域が、それぞれ、異なる電位に設定されてなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The carrier removal region is divided into a plurality of locations,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of carrier extraction regions are set to different potentials.
前記保護素子領域に近いキャリア抜き領域ほど、電位の絶対値が大きく設定されてなることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 The carrier extraction region divided into a plurality is sequentially arranged between the logic circuit region and the protection element region,
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the absolute value of the potential is set to be larger in the carrier extraction region closer to the protection element region.
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